一体式微流控芯片接口、接口模具及接口制作、使用方法

文档序号:5268023阅读:388来源:国知局
专利名称:一体式微流控芯片接口、接口模具及接口制作、使用方法
一体式微流控 芯片接口、接口模具及接口制作、使用方法一、所属领域本发明涉及一种一体式微流控芯片接口、接口模具及接口制作、使用方法,属于微 流控芯片领域。
背景技术
微流控芯片又称微流控芯片实验室,指的是在一块几平方厘米的芯片上构建的化 学或生物实验室。它把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测,细胞培 养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块很小的芯片上,由微通道形成网络,以可控流体 贯穿整个系统,用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。微流控芯片中的通道或构件的尺度为几十到几百微米,承载流体的体积为10_9 IO-18L0微流控芯片的微尺度,决定了微泵、注射器等外部宏观系统到微流控芯片必须有特 定的微流控芯片接口。微流控芯片接口可以实现多种功能,包括流体引入、试样引入等。实 现外部宏观系统与微流控芯片系统的芯片接口,是一个重要的问题。参阅图1,专利号为ZL200420055251. 1的专利文献“一种带有毛细管-微流控芯 片接口的微流控芯片”中,毛细管穿过橡胶塞与微流控芯片上的微通道连通,橡胶塞与微流 控芯片之间用胶粘剂封接。这种基于胶粘剂的毛细管-微流控芯片接口的缺点是胶粘剂 容易通过毛细管与橡胶塞或橡胶塞与微流控芯片之间的间隙渗入微流控芯片内部,造成微 通道堵塞。

发明内容
本发明的目的是为克服现有技术中微流控芯片接口使用胶粘剂时,胶粘剂容易 渗入微流控芯片内部的不足,本发明提出一种一体式微流控芯片接口,无需使用胶粘剂,即 可实现外部宏观系统与微流控芯片系统的连接。本发明的技术方案是参阅图2,图3,一种一体式微流控芯片接口,包括封接于微 流控芯片4上的水平基体1和位于水平基体1上的若干凸台2 ;所述的凸台2内有连接管 道3,连接管道3使微流控芯片4上的微通道与外界连通。该一体式微流控芯片接口材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)或聚苯 乙烯(PS)。参阅图4,一种一体式微流控芯片接口模具,依次包括带有连接管道阳模微柱的底 板17,凸台阴模孔板9和水平基体围堰6 ;所述的带有连接管道阳模微柱的底板17上排布 若干连接管道阳模微柱10,其横截面与连接管道3的横截面一致;所述的凸台阴模孔板9 厚度等于凸台2的厚度,其上布有若干与连接管道阳模微柱10相对应的凸台阴模孔8,凸台 阴模孔8的横截面与凸台2横截面的外轮廓一致;所述水平基体围堰6的厚度不小于水平 基体1的厚度;所述连接管道阳模微柱10、带有连接管道阳模微柱的底板17、凸台阴模孔板 9、水平基体围堰6可以是一体式结构,也可以是通过定位销连接的分体式结构。一体式微流控芯片接口模具材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或金属。一种利用上述模具制作一体式微流控芯片接口的方法,包括如下步骤步骤1 按质量比或体积比为5 1 15 1,分别量取PDMS预聚体和固化剂,倒 入容器中,搅拌5 10分钟,充分混合;步骤2 将步骤1制作的PDMS放入真空干燥箱中抽真空,去除气泡;步骤3 将上述的一体式微流控芯片接口模具置于水平实验台,将步骤2制作的 PDMS倒入模具中,静置24 48小时,待PDMS固化;或根据需要,将模具和PDMS —起放入 恒温箱中,加速PDMS固化;步骤4 脱模,把固化后的PDMS和模具分离;步骤5 根据需要,将脱模后的PDMS切割成与微流控芯片配对的合适块体,即形成 一体式微流控芯片接口。一种上述一体式微流控芯片接口的使用方法,包括如下步骤步骤1 用紫外线照射或氧等离子体处理一体式微流控芯片接口,然后将其贴合 在微流控芯片上,静置24 48小时,或放入恒温箱中加热1 10小时;步骤2 将连接微管15 —端插入一体式微流控芯片接口的连接管道3内,另一端 与外部宏观系统16相连,实现外部宏观系统与微流控芯片系统的连接。有益效果本发明的有益效果是一体式微流控芯片接口,无需使用胶粘剂,即可实现外部宏 观系统与微流控芯片系统的连接,密封效果好,而且不会造成微通道堵塞。本发明提出的 一体式微流控芯片接口制作方法,通过接口模具可实现一体式微流控芯片接口的批量化加工。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。四

(附图在文字中的引用说明)图1是现有技术中的毛细管-微流控芯片接口示意2是实施例1中的一体式微流控芯片接口示意3是实施例1中的带有一体式微流控芯片接口的微流控芯片剖面4是实施例1中的一体式微流控芯片接口模具示意5是实施例1中的制作一体式微流控芯片接口时步骤4完成后的结构示意6是实施例1中的一体式微流控芯片接口与外部宏观系统连接示意7是实施例2中的一体式微流控芯片接口示意8是实施例2中的带有一体式微流控芯片接口的微流控芯片剖面9是实施例2中的一体式微流控芯片接口模具示意10是实施例2中的制作一体式微流控芯片接口时步骤4完成后的结构示意11是实施例2中的一体式微流控芯片接口与外部宏观系统连接示意12是实施例3中的一体式微流控芯片接口示意13是实施例3中的带有一体式微流控芯片接口的微流控芯片剖面14是实施例3中的一体式微流控芯片接口模具示意15是实施例3中的制作一体式微流控芯片接口时步骤4完成后的结构示意16是实施例3中的一体式微流控芯片接口与外部宏观系统连接示意图
图中,1-水平基体,2-凸台,3-连接管道,4-微流控芯片,5-定位销,6_水平基体围堰,7-定位固定孔,8-凸台阴模孔,9-凸台阴模孔板,10-连接管道阳模微柱,11-连接管 道阳模微柱固定孔,12-连接管道阳模微柱固定孔板,13-底板,14-切割线,15-连接微管, 16-外部宏观系统,17-带有连接管道阳模微柱的底板。
具体实施例方式实施例1 参照图2,图3,本实施例提供了一种材料为PDMS的二端口一体式微流控芯片接 口,包括封接于微流控芯片4上的水平基体1和位于水平基体1上的两个凸台2 ;所述的凸 台2内有连接管道3,连接管道3使微流控芯片4上的微通道与外界连通。其中,水平基体 1尺寸为长度为40mm,宽度为20mm,厚度为2mm ;凸台2为圆管状,圆管外径为5mm,高度为 6mm;连接管道3内径为2mm。参阅图4,本实施例中使用的一体式微流控芯片接口模具材料为PMMA,依次包括 带有连接管道阳模微柱的底板17,凸台阴模孔板9和水平基体围堰6 ;所述的带有连接管道 阳模微柱的底板17上排布有圆柱状连接管道阳模微柱10阵列,其直径为2mm ;所述的凸台 阴模孔板9厚度为6mm,其上布有与连接管道阳模微柱10相对应的凸台阴模孔8,凸台阴模 孔8的直径为5mm ;所述水平基体围堰6的厚度为3mm ;所述连接管道阳模微柱10、带有连 接管道阳模微柱的底板17、凸台阴模孔板9、水平基体围堰6为一体式结构。利用上述模具制作本实施例中一体式微流控芯片接口的方法,包括如下步骤步骤1:按质量比为10 1,分别量取PDMS预聚体和固化剂,倒入烧杯,搅拌5分 钟,充分混合;步骤2 将步骤1制作的PDMS放入真空干燥箱中抽真空,去除气泡;步骤3 将上述的一体式微流控芯片接口模具置于水平实验台,将步骤2制作的 PDMS倒入模具中,静置24小时,待PDMS固化;步骤4 脱模,把固化后的PDMS和模具分离;步骤5 参阅图5,将脱模后的PDMS按切割线14切割形成本实施例中的二端口一 体式微流控芯片接口。使用本实施例中一体式微流控芯片接口的方法,包括如下步骤步骤1 用紫外线照射处理一体式微流控芯片接口,然后将其贴合在微流控芯片 上,静置24小时。步骤2 参阅图6,将连接微管15 —端插入二端口 一体式微流控芯片接口的连接管 道3内,另一端与外部宏观系统16相连,实现外部宏观系统与微流控芯片系统的连接。具体实施例2 参照图7,图8,本实施例提供了一种材料为PDMS的四端口一体式微流控芯片接 口,包括封接于微流控芯片4上的水平基体1和位于水平基体1上的四个凸台2 ;所述的凸 台2内有连接管道3,连接管道3使微流控芯片4上的微通道与外界连通。其中,水平基体 1尺寸为长度为90mm,宽度为40mm,厚度为3mm ;凸台2为圆管状,圆管外径为6mm,高度为 8mm ;连接管道3内径为3mm。参阅图9,本实施例中使用的一体式微流控芯片接口模具材料为PC,依次包括底板13、连接管道阳模微柱固定孔板12、凸台阴模孔板9和水平基体围堰6;所述的连接管道 阳模微柱固定孔板12上布有连接管道阳模微柱固定孔11,其外径为3mm,外径为3mm的连 接管道阳模微柱10装配于连接管道阳模微柱固定孔11中;所述的凸台阴模孔板9厚度为 8mm,其上布有与连接管道阳模微柱10相对应的凸台阴模孔8,凸台阴模孔8的直径为6mm ; 所述水平基体围堰6的厚度为3mm ;所述底板13、连接管道阳模微柱固定孔板12、凸台阴模 孔板9、水平基体围堰6为分体式结构,它们通过四个定位固定孔7中的定位销5装配在一 起。利用上述模具制作本实施例中一体式微流控芯片接口的方法,包括如下步骤步骤1 按质量比为12 1,分别量取PDMS预聚体和固化剂,倒入烧杯,搅拌8分 钟,充分混合;步骤2 将步骤1制作的PDMS放入真空干燥箱中抽真空,去除气泡;步骤3 将上述的一体式微流控芯片接口模具置于水平实验台,将步骤2制作的 PDMS倒入模具中,静置36小时,待PDMS固化;步骤4 脱模,把固化后的PDMS和模具分离;步骤5 参阅图10,将脱模后的PDMS按切割线14切割形成本实施例中的四端口一 体式微流控芯片接口。使用本实施例中一体式微流控芯片接口的方法,包括如下步骤步骤1 用氧等离子体处理一体式微流控芯片接口,然后将其贴合在微流控芯片 上,静置36小时。步骤2 参阅图11,将连接微管15—端插入四端口一体式微流控芯片接口的连接 管道3内,另一端与外部宏观系统16相连,实现外部宏观系统与微流控芯片系统的连接。具体实施例3 参照图12,图13,本实施例提供了一种材料为PDMS的多端口一体式微流控芯片接 口,包括封接于微流控芯片4上的水平基体1和位于水平基体1上的19个凸台2 ;所述的 凸台2内有连接管道3,连接管道3使微流控芯片4上的微通道与外界连通。其中,水平基 体1为直径为100mm,厚度为3mm的圆盘,凸台2为圆管状,圆管外径为6mm,高度为6mm ;连 接管道3内径为4mm。参阅图14,本实施例中使用的一体式微流控芯片接口模具材料为镍,依次包括底 板13、连接管道阳模微柱固定孔板12、凸台阴模孔板9和水平基体围堰6 ;所述的连接管道 阳模微柱固定孔板12上布有连接管道阳模微柱固定孔11,其外径为4mm,外径为4mm的连 接管道阳模微柱10装配于连接管道阳模微柱固定孔11中;所述的凸台阴模孔板9厚度为 6mm,其上布有与连接管道阳模微柱10相对应的圆柱状凸台阴模孔8,凸台阴模孔8的直径 为6mm ;所述水平基体围堰6的厚度为5mm ;所述底板13、连接管道阳模微柱固定孔板12、凸 台阴模孔板9、水平基体围堰6为分体式结构,它们通过四个定位固定孔7中的定位销5装 配在一起。 利用上述模具制作本实施例中一体式微流控芯片接口的方法,包括如下步骤步骤1:按质量比为8 1,分别量取PDMS预聚体和固化剂,倒入烧杯,搅拌10分 钟,充分混合;步骤2 将步骤1制作的PDMS放入真空干燥箱中抽真空,去除气泡;
步骤3 将上述的一体式微流控芯片接口模具置于水平实验台,将步骤2制作的 PDMS倒入模具中,静置48小时,待PDMS固化;步骤4 脱模,把固化后的PDMS和模具分离;步骤5 参阅图15,将脱模后的PDMS按切割线14切割形成本实施例中的多端口一 体式微流控芯片接口。使用本实施例中一体式微流控芯片接口的方法,包括如下步骤步骤1 用氧等离子体处理一体式微流控芯片接口,然后将其贴合在微流控芯片 上,放入温度为65摄氏度的恒温箱中加热2小时;步骤2 参阅图16,将连接微管15 —端插入多端口一体式微流控芯片接口的连接 管道 3内,另一端与外部宏观系统16相连,实现外部宏观系统与微流控芯片系统的连接。
权利要求
1.一种一体式微流控芯片接口,其特征在于,包括封接于微流控芯片(4)之上的水平 基体(1)和位于水平基体(1)上的若干凸台(2);所述的凸台(2)内有连接管道(3),连接 管道(3)使微流控芯片(4)上的微通道与外界连通。
2.一种如权利要求1所述的一体式微流控芯片接口,其特征在于,材料为聚二甲基硅 氧烷、聚酰亚胺或聚苯乙烯。
3.一种一体式微流控芯片接口模具,其特征在于依次包括带有连接管道阳模微柱的 底板(17),凸台阴模孔板(9)和水平基体围堰(6);所述的带有连接管道阳模微柱的底板 (17)上排布若干连接管道阳模微柱(10),其横截面与连接管道(3)的横截面一致;所述的 凸台阴模孔板(9)厚度等于凸台(2)的厚度,其上布有若干与连接管道阳模微柱(10)相对 应的凸台阴模孔(8),凸台阴模孔(8)的横截面与凸台(2)横截面的外轮廓一致;所述水平 基体围堰(6)的厚度不小于水平基体(1)的厚度;所述连接管道阳模微柱(10)、带有连接 管道阳模微柱的底板(17)、凸台阴模孔板(9)、水平基体围堰(6)为一体式结构或者通过定 位销连接的分体式结构。
4.一种如权利要求3所述的一体式微流控芯片接口模具,其特征在于材料为聚甲基 丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或金属。
5.一种利用如权利要求3所述的一体式微流控芯片接口模具,进行如权利要求1所述 的一体式微流控芯片接口制作的方法,包括如下步骤步骤1 按质量比或体积比为5 1 15 1,分别量取PDMS预聚体和固化剂,倒入容 器中,搅拌5 10分钟,充分混合;步骤2 将步骤1制作的PDMS放入真空干燥箱中抽真空,去除气泡;步骤3 将上述的一体式微流控芯片接口模具置于水平实验台,将步骤2制作的PDMS 倒入模具中,静置24 48小时,待PDMS固化;或根据需要,将模具和PDMS —起放入恒温箱 中,加速PDMS固化;步骤4 脱模,把固化后的PDMS和模具分离;步骤5 根据需要,将脱模后的PDMS切割成与微流控芯片配对的合适块体,即形成一体 式微流控芯片接口。
6.一种如权利要求1所述的一体式微流控芯片接口的使用方法,包括如下步骤步骤1 用紫外线照射或氧等离子体处理一体式微流控芯片接口,然后将其贴合在微流控芯片上,静置24 48小时,或放入恒温箱中加热1 10小时;步骤2:将连接微管(15) —端插入多端口一体式微流控芯片接口的连接管道(3)内, 另一端与外部宏观系统(16)相连,实现外部宏观系统与微流控芯片系统的连接。
全文摘要
本发明公开了一种一体式微流控芯片接口,属于微流控芯片领域。该接口包括封接于微流控芯片4之上的水平基体1和位于水平基体1上的若干凸台2;所述的凸台2内有连接管道3,连接管道3使微流控芯片4上的微通道与外界连通。此外,本发明还公开了接口的基于模具的制作方法以及其使用方法。本发明提出的一体式微流控芯片接口无需使用胶粘剂,即可实现外部宏观系统与微流控芯片系统的连接,密封效果好,而且不会造成微通道堵塞。其制作方法,通过接口模具可实现一体式微流控芯片接口的批量化加工。
文档编号B81C1/00GK102033135SQ20101050081
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者丁继亮, 常洪龙, 张峰, 苑伟政, 谢建兵, 郝思聪, 陈方璐 申请人:西北工业大学
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